L'origine de la nature quantique de la lumière dans les équations de Maxwell : une recherche soutenue par Cheyney révolutionne la perspective sur la lumière

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LITLINGTON, Angleterre, 17 juillet 2025 /PRNewswire/ -- Un récent article de recherche soutenu par Cheyney Design and Development, un leader dans les technologies d'inspection et d'imagerie par rayons X, présente une perspective révolutionnaire sur la nature de la lumière. L'article, publié dans Annals of Physics (une revue Elsevier) par le Dr Dhiraj Sinha, membre de la faculté de l'université Plaksha, montre que la théorie des photons d'Einstein trouve son origine dans les champs électromagnétiques de Maxwell. Elle démonte une croyance scientifique vieille d'un siècle selon laquelle les photons ne sont pas physiquement liés à la théorie du champ électromagnétique élaborée par le grand physicien écossais James Clerk Maxwell. La recherche est basée sur une découverte antérieure sur le rayonnement électromagnétique publiée dans Physical Review Letters, qui a été financée par Cheyney. Elle propose un cadre théorique unifié sur le rayonnement, des fréquences radio aux fréquences optiques, tout en utilisant l'argument selon lequel le rayonnement est généré en raison de la symétrie brisée du champ électromagnétique. Cette recherche témoigne de l'engagement de l'entreprise à favoriser les découvertes scientifiques révolutionnaires.

La nature physique de la lumière est un mystère scientifique intriguant, car elle se comporte comme une onde dans l'espace libre et comme une particule lorsqu'elle interagit avec la matière. Les travaux théoriques sur la lumière en tant qu'onde électromagnétique réalisés par Maxwell en 1865 ont été validés empiriquement par Heinrich Hertz en 1887. Cependant, le large consensus scientifique sur la lumière a été brisé en l'espace d'une décennie. Les expériences sur l'effet photoélectrique, dans le cadre desquelles des électrons sont générés lorsque la lumière frappe un métal, contredisent la théorie de Maxwell sur la lumière. En 1905, Albert Einstein a présenté l'argument heuristique selon lequel la lumière peut être considérée comme étant composée de particules ou de photons dont l'énergie est proportionnelle à sa fréquence. Elle pourrait expliquer l'observation empirique selon laquelle l'énergie des électrons dépend linéairement de la fréquence de la lumière dans l'effet photoélectrique. L'idée de l'acceptation et de la double nature de la lumière constitue la base actuelle de notre interprétation phénoménologique de la lumière.

Le Dr Sinha a tenté de transformer cette croyance centenaire en montrant que la théorie du champ électromagnétique de Maxwell peut expliquer l'interaction entre la lumière et les électrons. L'article récent met en évidence le rôle du champ magnétique de la lumière qui varie dans le temps et qui génère un potentiel électrique dans l'espace. M. Sinha affirme qu'un électron est excité par le potentiel électrique de la lumière, qui est mathématiquement défini comme dj/dt où j est le flux magnétique du rayonnement et t est le temps. Cela implique que le transfert net d'énergie à un électron de charge e est W=edj/dt. En transformant l'expression de l'énergie en domaine fréquentiel ou en représentation phasique, on obtient l'énergie d'un électron sous la forme ejw, où w est la fréquence angulaire de la lumière. Le Dr Sinha affirme qu'elle est similaire à l'expression d'Einstein pour l'énergie d'un photon ħw, où ħ représente la constante de Planck réduite. Ainsi, la lumière dynamise les électrons selon l'équation de Maxwell-Faraday de l'électromagnétisme classique. Le cadre théorique est étayé par des observations expérimentales sur la quantification du flux magnétique dans les boucles supraconductrices et les systèmes bidimensionnels à gaz d'électrons. Le fait que la nature quantique de la lumière trouve son origine dans les champs électromagnétiques de Maxwell est révolutionnaire.

Un certain nombre de physiciens ont apporté leur soutien au Dr. Sinha. Richard Muller, professeur de physique à l'université de Californie à Berkeley et chercheur principal au Lawrence Berkeley Laboratory, a déclaré : « Ces idées sont intrigantes et abordent les questions les plus fondamentales de la physique quantique, notamment la dualité particule/onde et la signification de la mesure. » Jorge Hirsch, professeur de physique à l'université de Californie à San Diego, a écrit une lettre de soutien aux membres du comité éditorial. Steven Verrall, ancien membre de la faculté de l'université du Wisconsin à La Crosse, a déclaré : « Le Dr Sinha propose une nouvelle approche semi-classique de la modélisation des systèmes quantiques. Je pense également que son approche unique pourrait, à terme, apporter des éléments précieux au développement continu des théories semiclassiques des champs effectifs en physique des basses énergies. » Lawrence Horwitz, professeur émérite à l'université de Tel-Aviv, a déclaré : « Cet article est en effet une contribution précieuse à la théorie des photons et des électrons. » 

La découverte du Dr. Sinha offre une nouvelle voie théorique vers le développement de dispositifs radio et photoniques intégrés en fusionnant de manière transparente les principes de l'électromagnétisme classique avec les dispositifs photoniques modernes. Elle aura des conséquences considérables sur des technologies telles que les cellules solaires, les lasers et les diodes électroluminescentes, qui reposent exclusivement sur les principes de la mécanique quantique. Elle crée une orbite totalement nouvelle et une voie de transformation vers de nouvelles technologies radio et photoniques.

Dhiraj Sinha a ajouté : « Le travail a commencé pendant mes années de doctorat à l'université de Cambridge et le soutien précoce de Cheyney a été essentiel. Un tournant décisif a été amorcé lors de mon travail postdoctoral au Massachusetts Institute of Technology. Les résultats empiriques obtenus grâce à des expériences approfondies sur un large spectre de fréquences radio et optiques ont permis de découvrir le lien théorique manquant entre les idées d'Einstein et de Maxwell. »

Informations complémentaires

1. Sinha, D. Electrodynamic excitation of electrons. Annals of Physics, 473, 169893 (2025).
2. Sinha, D. & Amaratunga, G. A. Electromagnetic radiation under explicit symmetry breaking. Physical review letters, 114, 147701 (2015).

À propos de Cheyney Design & Development Ltd 

Cheyney Design & Development Ltd, Litlington, Royaume-Uni, fondée par Richard Parmee, est à la pointe de l'innovation dans le domaine de la technologie d'inspection par rayons X. Sa technologie de pointe brevetée et ses algorithmes stochastiques avancés en font un leader technique dans le domaine de l'inspection par rayons X. Cheyney se consacre au soutien des innovations précoces ayant un potentiel de transformation dans le domaine des sciences et de l'ingénierie.

Photo : https://mma.prnewswire.com/media/2733307/Electromagnetic_electrons.jpg